ДЗ: lab04_bits.task.pdf

Полностью готова, с исходниками.

Лабораторнаяработа№4

Представление данных в памяти

Цель работы

1. Изучить представление различных типов и структур данных в памяти ЭВМ.
2. Освоить средства языка и стандартной библиотеки C++ для низкоуровневых манипуляций с битами данных, адресами памяти и строками C.

Задание на лабораторную работу

Общее задание

1. Подготовить инструменты для исследований и отладки.

Написать функции для печати отдельных байт и блока данных data размером size

байт в шестнадцатеричном и в двоичном представлении.

void print_in_hex(uint8_t byte);

void print_in_hex(const void* data, size_t size);

void print_in_binary(uint8_t byte);

void print_in_binary(const void* data, size_t size); Указание. Для удобства чтения рекомендуется между байтами добавлять пробелы и делать перевод строки, например, после каждых 16-и байт (в print_in_hex()) или каждых 4-х байт (в print_in_binary()).

1. Написать программу-калькулятор для побитовых операций.

и двоичном виде. Операнды — двухбайтовые беззнаковые целые числа (uint16_t).

1. Изучить представление и размещение данных в памяти.
   1. Определить структуру Student, описывающую студента атрибутами:
      1. имя (массив из 17 символов, включая завершающий '');
      2. год поступления (беззнаковое целое, 2 байта);
      3. средний балл (с плавающей запятой);
      4. пол, представленный одним битом (0 — женский, 1 — мужской);
      5. количество пройденных курсов;

1. указатель на структуру Student, описывающую старосту группы (для старосты — нулевой указатель).

Указание. Поле размером в несколько бит (не больше, чем бит в определенным целочисленном типе) можно объявить так:

целочисленный-тип имя-поля : число-бит;

1. Объявить и заполнить массив из трех структур Student, описывающий двух студентов одной группы и их старосту.
2. Напечатать, занести в отчет и письменно пояснить:
   1. адрес и размер массива;
   2. адреса и размеры всех элементов массива;
   3. для всех полей, кроме пола¹, одного из элементов массива (не старосты): адрес, смещение от начала структуры, размер, шестнадцатеричное и двоичное представление;
   4. все элементы массива в шестнадцатеричном виде с указанием соответствия блоков байт полям структур.

Указание. Смещение поля field структуры типа type от начала любого её экземпляра можно определить макросом offsetof(type, field).

1. Написать программу для обработки текстового файла, представляя текст только строками C, размещаемыми в динамической памяти или на стеке.
   1. Запросить у пользователя имя файла, сохранив его в массиве символов, размещенном на стеке (не в динамической памяти).
   2. Проверить, используя функции стандартной библиотеки C++ для работы со строками C, что введенное имя файла корректно (в Windows):
      1. не содержит запрещенных символов: *, ", <, >, ? или |;
      2. если содержит двоеточие, то только вторым символом, которому предшествует буква, и за двоеточием следует обратная косая черта ().
      3. если файл имеет расширение, то только *.txt (в любом регистре).

Указание. Задачи решаются стандартными функциями isalpha(), strchr(), strrchr(), strncmp(), tolower().

1. Если введенное имя файла не имеет расширения, добавить расширение .txt.
2. Загрузить содержимое текстового файла в память целиком:
   1. использовать ifstream или fopen() для доступа к файлу;

1 К битовым полям нельзя применять оператор sizeof (так как он возвращает размер в байтах) и оператор взятия адреса (так как по определению адресуются только байты, но не их части).

1. использовать методы seekg() и tellg() либо функции fseek() и ftell() для определения размера файла, переместившись в его конец и получив текущее положение в файле;
2. выделить в динамической памяти массив достаточного размера;
3. загрузить всё содержимое файла в выделенную область памяти методом read() или функцией fread().
4. Запросить у пользователя строку, поместив её в массив на стеке.
5. Подсчитать и вывести число вхождений введенной строки в текст файла.
6. Освободить все выделенные в процессе решения блоки памяти.

Контрольные вопросы

1. Опишите назначение и использование операторов new и delete. Чем отличается синтаксис удаления массива от синтаксиса удаления одиночного значения?
2. Как при помощи динамических массивов организовать работу с квадратной матрицей, размер которой становится известен во время выполнения?
3. Что такое «рваный» массив (jagged array)? Как выделять и освобождать память под его элементы, как к ним обращаться?
4. Каковы особенности арифметики типов с плавающей запятой по сравнению с математически точной и сравнения их значений?
5. Как и почему корректно сравнивать значения с плавающей запятой и бороться с ошибками округления при операциях над такими значениями?
6. В чем заключается арифметика с фиксированной запятой, какие у нее преимущества и недостатки по сравнению с арифметикой типов с плавающей запятой?
7. Опишите действие оператора reinterpret_cast. В каких случаях его удобно применять, и какие проблемы при этом могут возникнуть?
8. Что такое выравнивание данных (alignment)? Почему оно существует, зачем и как контролировать его наличие?
9. Как определить размер переменной в C++, и в каких случаях он отличается от размера полезных данных, связанных с переменной?
10. Какие побитовые операторы имеются в C++? Приведите примеры их работы.
11. Что такое битовые флаги и битовые маски? Как в C++ записываются числа в системах счисления, отличных от десятичной?
12. Каким образом можно: а) объявить целочисленную переменную размером 8, 16, 32 бита (гарантированно); б) объявить битовый массив произвольно большого размера; в) поле структуры размера, не кратного байту (например, 9 бит)?

1. Как в C++ объявляются простые массивы (одно- и многомерные), каков синтаксис их инициализации, доступа к отдельным элементам, определения размера?
2. Опишите шаблон класса std::array<T, N>, его назначение и преимущества использования по сравнению с простыми массивами.
3. Что такое строки в стиле C (C-style string) и какие средства работы с ними имеются в стандартной библиотеке C++?